Пермские ученые придумали новый способ снизить шум вертолета
Лопасти вертолета при полете создают вибрацию и шум, что приводит к дискомфорту пассажиров, увеличению нагрузки пилота, снижению долговечности компонентов конструкции. Для уменьшения этих эффектов существуют пьезоактуаторы — устройства, которые регулируют форму и наклон лопастей во время полета, чтобы те меньше вибрировали и шумели. Хотя теоретические основы таких «умных конструкций» уже существуют, их практическое применение требует разработки надежных методик проектирования. Ученые Пермского Политеха рассчитали, какие параметры лопасти позволяют добиться максимального изменения формы, чтобы лучше гасить вибрацию и шум.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания.
Снижение вибраций и шума вертолета — это важная задача, направленная на повышение безопасности, комфорта, экономичности и экологичности вертолетных перевозок. Кроме того, эти негативные эффекты создают дискомфорт для людей, живущих вблизи аэропортов и вертолетных площадок, мешают отдыху, работе и даже влияют на здоровье: считается, что звук, который превышает 85 дБ, вреден, при этом вблизи вертолета он может достигать примерно 100-110 дБ. На таких высоких уровнях шума постепенно и незаметно повреждаются слуховые клетки. Человек может долго не осознавать проблему, пока она не станет заметной. Также постоянный высокий уровень шума негативно влияет на психологическое состояние, вызывает усталость и раздражительность.
Сегодня лопасти вертолетов делают в основном из композиционных материалов. Это позволяет снизить вес конструкции и при этом сохранить ее прочность и жесткость, а кроме того – интегрировать в конструкцию пьезоэлектрические актуаторы прямо в процессе изготовления. Пьезоактуаторы – это такие устройства, которые преобразуют электрический потенциал в деформацию. Они искривляются (растягиваются или сжимаются) и меняют форму лопасти – изгибают или скручивают ее. Таким образом, лопасть адаптируется к условиям полета, улучшаются летные характеристики.
Ученые Пермского Политеха рассчитали, какие параметры позволяют добиться максимального изменения формы лопасти, чтобы лучше гасить вибрацию и шум.
Исследование проходило в два этапа. На первом ученые смоделировали деталь на компьютере. Они рассмотрели два варианта строения лонжерона – продольного несущего элемента для усиления лопасти: один имел C-образное строение, другой – D-образное. Пьезоактуаторы в обоих случаях были размещены на поверхности детали. Другими словами, ученые создали цифровой двойник конструкции, а затем провели моделирование его работы при воздействии управляющих электрических сигналов и эксплуатационных нагрузок.
Второй этап заключался в экспериментальной апробации цифровой модели.
– Для того, чтобы проверить, насколько достоверны данные, полученные с помощью цифрового двойника, мы провели аналогичные лабораторные испытания на реальном композиционном материале. В качестве образца использовался углепластик (один из самых распространенных композиционных материалов), толщина которого была такой же, как у обшивки исследуемой вертолетной лопасти. В рамках лабораторных экспериментов модельный образец был жестко закреплен с одной стороны.
В его центре размещен пьезоактуатор, на который с помощью высоковольтного усилителя и генератора сигналов подавалось разное электрическое напряжение – 200, 500 и 1000 В. При этом анализировалось его влияние на деформацию в углепластике. Угол закручивания измеряли высокоточными лазерными датчиками перемещения в трех местах – два по краям и один в центре, – рассказывает Екатерина Нуреева, аспирантка кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ.
При сравнении данных, измеренных датчиками, с результатами, полученными на цифровом двойнике, выяснилось, что погрешность разработанной модели не превышает 8%. Это значит, что она обладает высокой точностью и ее можно использовать для дальнейших исследований.
– Результаты численных экспериментов с использованием цифрового двойника позволили определить рациональные параметры конструкции. Для того, чтобы снизить шум и вибрацию композитного несущего винта вертолета, необходимо предотвратить возникновение создаваемого лопастью турбулентного потока. Этот эффект достигается при угле закручивания 4о, – поясняет Павел Писарев, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Исследование ученых Пермского Политеха позволит достичь большего изменения угла закручивания и, как следствие, улучшить аэродинамические характеристики вертолетов. Результаты лабораторных испытаний подтвердили высокую точность предложенной модели, что открывает новые возможности для дальнейших исследований и практического внедрения технологий, направленных на повышение комфорта и безопасности вертолетных перевозок.
Telegram 
Дзен 
VK Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Мужчина, отправившийся на утреннюю прогулку на юго-западе Норвегии, случайно сделал крайне редкую и ценную находку — золотое украшение для ножен меча в виде переплетенных между собой змееподобных существ. По мнению ученых, в VI веке нашей эры этот артефакт специально поместили в трещину в скале в качестве подношения богам во времена голода и социальных потрясений.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно